Kanonisk ensemble

Det kanoniske ensemblet i fysikken er et statistisk ensemble som beskriver et delvis åpent system, med konstant temperatur og volum, som kan utveksle energi med omgivelsene. Dette systemet beskrives av den kanoniske partisjonsfunksjonen

$Z(T,V)=\sum _r\exp (-E_r/k_{\text{B}}T)$

hvor T er temperatur, k_B er Boltzmanns konstant og summen er over alle energiegentilstander r, $E_r$ er den tilsvarende energiegenverdien. Disse energiegenverdiene vil være avhengig av volumet, og partisjonsfunksjonen er således en funksjon av temperaturen T og volumet V. Tilhørende termodynamisk potensial er Helmholtz' frie energi gjennom

$F=-k_{\text{B}}T\ln Z$

hvor F er en funksjon av indre energi E, temperatur T og entropi S ved

$F=E-TS$

En alternativ form på den kanoniske partisjonsfunsjonen er følgelig

$Z=\exp (-F/k_{\text{B}}T)$

Hvis man kjenner partisjonsfunksjonen kan man dermed ut fra dette og standard termodynamiske relasjoner utlede alle termodynamiske størrelser.

Se også

• Mikrokanonisk ensemble
• Storkanonisk ensemble